质量是原子核的一项基本性质,在核天体物理等众多领域具有重要的应用。建立在重离子储存环上的等时性质谱仪是测量短寿命原子核质量的有力工具。通过兰州重离子研究装置HIRFL(Heavy Ion Research Facility in Lanzhou)上的冷却储存环,我们进行了大量有意义的质量测量工作。鉴于A=80核区附近的缺中子核素在核天体vp和rp核合成过程中的重要作用,针对该核区核素,利用112Sn作为主束开展了三次等时性质量测量实验。本文阐述了实验和数据处理过程,首次得到了82Zr和84Nb的实验质量,精度达到10keV,提高79Y、81Zr和83Vb的质量精度到100 keV左右。结合部分外推的原子核质量,否定了Mo低α分离能岛的存在,更新了A=80核区附近大量核素的质子分离能和α分离能,这些结果将对核天体rp过程的Zr-Nb循环及vp过程产生重要影响。为了减小等时性模式下非等时性效应的影响,提升质谱仪的性能,我们还在实验环的直线段安装了两台飞行时间(TOF)探测器,以78Kr为主束实现了历史上第一次双TOF模式下的等时性质量测量实验。本文首次对双TOF实验数据进行了处理,比较了两TOF探测器的各项性能,对于最为重要的速度测量,本文发现使用两台示波器采集数据会引起不同次注入两路信号随机性的严重不同步,这极大地影响了速度测量的精度。我们在后续的双TOF质量测量实验中,只使用一台示波器采集数据以减小不同步性,且正在发展针对信号不同步的修正方法。此外本文对数据处理方法也进行了全面的研究。第一次详细阐述了单次注入离子鉴别,引入了一种计算离子平均轨道及快速消除实验环磁场不稳定对离子周期影响的全新方法,这特别对于在线的实验数据处理具有重要意义。另外从基本公式出发,明确给出了磁场变化对周期影响的物理图像,定量给出了磁场的变化对离子周期产生的平移及形变(压缩或拉伸),该式可为传统磁场修正方法的改进提供数学依据。本文还指出了以往只采纳储存寿命超过186μs(约300圈)的离子虽可节省数据分析程序的计算量,但会对离子按核电荷数Z和动量大小进行筛选,可能会引起质量刻度的系统性偏差。本文单TOF数据处理使用了最新的基于GPU的并行化数据处理程序,取消了该限制。